第2章 集成电路制造工艺及

2.1 集成电路制造技术

2.1.1 芯片制造

一片硅片上可以同时制作几十甚至上万个特定的芯片（见图2.1），一片硅片上芯片数的不同取决于产品的类型和每个芯片的尺寸，芯片尺寸的改变取决于在一个芯片集成的水平。

芯片也称为管芯（单数和复数芯片或集成电路），而硅晶圆片通常被称为衬底。硅片的直径多年来一直在增大，从最初的不到1in到现在常用的12in（约300mm），且正在进行向14in或15in的转变。如果在一片硅片上有更多的芯片，制造集成电路的成本会大幅度降低，这得益于经济规模（通过同样的努力，生产更多的芯片）。

早期，芯片制造的所有操作几乎都是通过操作者手工处理完成的。但是随着硅片集成度的提高，允许沾污的水平要显著降低。可能损坏硅片和引起它们不能正常工作的沾污来自许多方面：人体、材料、水、空气及设备。现代硅片制造厂已经变成具有专门设施的工厂，提供了净化制造环境和专用设备以生产具有最小沾污的硅片。这包括限制人体裸露、超纯化学材料和容器，以及在甚大规模集成电路时代制造集成电路需要的专用硅片传送工具。

芯片的制造一般分为5个阶段：原料制作、硅片制造、硅片的测试/拣选、装配与封装、终测。

（1）原料制作

硅片制备在第1阶段，将硅从沙中提炼并纯化。经过特殊工艺产生适当直径的硅锭（见图2.2）。然后将硅锭切割成用于制造微芯片的薄硅片。按照专用的参数规范制备硅片，例如定位边要求和沾污水平[1]。

从20世纪80年代以来，制造微芯片的大部分公司从专门从事晶体生长和硅片制备的供应商那里购买他们的硅片。工业也生产锗或化合物半导体材料的晶圆片。这些是特殊应用，而大部分半导体晶圆片是由硅材料制成的。

（2）硅片制造

自硅片开始的微芯片制作是第2阶段，被称为硅片制造。裸露的硅片到达硅片制造厂，然后经过各种清洗、成膜、光刻、刻蚀和掺杂步骤。加工完的硅片具有永久刻蚀在硅片上的一整套集成电路。硅片制造的其他名称是微芯片制造和芯片制造。

制造芯片的公司分为芯片供应商和受控芯片生产商两类。芯片供应商制造的芯片是为了在公开的市场上销售，像为客户生产存储器芯片的芯片制造商。受控芯片生产商制造芯片是为了用在公司自己的产品上，例如受控芯片制造商既制造计算机又制造与计算机配套的芯片。一些芯片制造商既制造自己用的芯片也在公开市场上销售，而另一些公司将制造专用的芯片并在公开市场上购买其他芯片。

另一种芯片制造商是无制造工厂公司，这种公司为特殊市场设计芯片，例如图像微芯片、功率芯片、传感器等，而另一个芯片制造商则制造这些芯片。最终，另一种半导体制造商，如代工厂，仅为其他公司生产芯片。20世纪80年代以来，半导体代工厂越来越常见，现在全部芯片中的20%是在代工厂制作的。无制造工厂公司和代工厂增加的一个主要原因是建设并维护一个硅片制造厂的高额成本。目前，一个高性能硅片制造厂的费用为20亿～50亿美元，总费用中的约75%是用于设备。

（3）硅片的测试/拣选

硅片制造完成后，硅片被送到测试/拣选区，在那里进行单个芯片的探测和电学测试。然后拣选出可接受和不可接受的芯片，并为有缺陷的芯片做标记。不会把硅片测试失效的产品送给客户，而通过硅片测试的芯片将继续进行以后的工艺。

（4）装配与封装

硅片测试/拣选后，硅片进入装配与封装步骤，以便把单个芯片包装在一个保护管壳内。硅片的背面进行研磨以减少衬底的厚度。一片厚的塑料膜被贴在每个硅片的背面，然后，在正面沿着划片线用带金刚石尖的锯刃将每个硅片上的芯片分开。硅片背面的塑料膜保持硅芯片不脱落。在装配厂，好的芯片被压焊或抽空形成装配包。稍后，将芯片密封在塑料或陶瓷壳内。最终的实际封装形式随芯片类型及其应用场合而定（见图2.3）。

（5）终测

为了确保芯片的功能，要对每一个被封装的集成电路进行测试，以满足制造商的电学和环境的特性参数要求。终测后，芯片被发送给客户以便装配到专用场合，例如将存储器元件安装在个人计算机的电路板上。